Blue Globe Report Erneuerbare Energien #5/2011 - Strom-Boje 2. Entwicklung und Erprobung eines schwimmenden Kleinkraftwerkes für frei fließende ...
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Blue Globe Report Erneuerbare Energien #5/2011 Strom-Boje 2. Entwicklung und Erprobung eines schwimmenden Kleinkraftwerkes für frei fließende Gewässer Aqua Libre Energieentwicklungs GmbH
VORWORT Die Publikationsreihe BLUE GLOBE REPORT macht die Kompetenz und Vielfalt, mit der die österreichische Industrie und Forschung für die Lösung der zentralen Zukunftsaufgaben arbeiten, sichtbar. Strategie des Klima- und Energiefonds ist, mit langfristig ausgerichteten Förderprogrammen gezielt Impulse zu setzen. Impulse, die heimischen Unternehmen und Institutionen im internationalen Wettbewerb eine ausgezeichnete Ausgangsposition verschaffen. Jährlich stehen dem Klima- und Energiefonds bis zu 150 Mio. Euro für die Förderung von nachhaltigen Energie- und Verkehrsprojekten im Sinne des Klimaschutzes zur Verfügung. Mit diesem Geld unterstützt der Klima- und Energiefonds Ideen, Konzepte und Projekte in den Bereichen Forschung, Mobilität und Marktdurchdringung. Mit dem BLUE GLOBE REPORT informiert der Klima- und Energiefonds über Projektergebnisse und unterstützt so die Anwendungen von Innovation in der Praxis. Neben technologischen Innovationen im Energie- und Verkehrsbereich werden gesellschaftliche Fragestellung und wissenschaftliche Grundlagen für politische Planungsprozesse präsentiert. Der BLUE GLOBE REPORT wird der interessierten Öffentlichkeit über die Homepage www.klimafonds.gv.at zugänglich gemacht und lädt zur kritischen Diskussion ein. Der vorliegende Bericht dokumentiert die Ergebnisse eines Projekts aus dem Forschungs- und Technologieprogramm „Neue Energien 2020“. Mit diesem Programm verfolgt der Klima- und Energiefonds das Ziel, durch Innovationen und technischen Fortschritt den Übergang zu einem nachhaltigen Energiesystem voranzutreiben. Wer die nachhaltige Zukunft mitgestalten will, ist bei uns richtig: Der Klima- und Energiefonds fördert innovative Lösungen für die Zukunft! Theresia Vogel Ingmar Höbarth Geschäftsführerin, Klima- und Energiefonds Geschäftsführer, Klima- und Energiefonds
Inhaltsverzeichnis
Kurzfassung .......................................................................................................................... 3
1 Einleitung ....................................................................................................................... 5
1.1 Einordnung in das Programm .................................................................................. 5
1.1.1 Energiestrategische Ziele ................................................................................. 5
1.1.2 Technologiestrategische Ziele .......................................................................... 7
1.2 Verwendete Methoden ............................................................................................ 8
1.3 Aufbau der Arbeit .................................................................................................... 9
1.3.1 Grundsätzlicher Aufbau .................................................................................... 9
1.3.2 Grundlagenerarbeitung durch wissenschaftliche Arbeit (AP2 Analyse und
Planung, AP3 Modellversuche) .....................................................................................11
1.3.3 Umsetzung der Grundlagenarbeit durch industrielle Entwicklung & Konstruktion
(AP4 Prototypenbau) .....................................................................................................11
1.3.4 Prototypenverifikation der Entwicklungsarbeiten in einen Testfeld (AP5
Testvorbereitung, AP6 Test Prototyp)............................................................................12
1.3.5 Dokumentation (AP7 Auswertung und Dokumentation) ...................................12
1.3.6 Begleitende Aktivitäten (AP1 Projektmanagement) .........................................12
2 Inhaltliche Darstellung ...................................................................................................13
2.1 Arbeiten des Arbeitspakets 2 Analyse und Planung ...............................................13
2.1.1 Ziele des Arbeitspaketes .................................................................................13
2.1.2 Methoden des Arbeitspaketes .........................................................................13
2.1.3 Durchführung und Ergebnisse des Arbeitspaketes ..........................................13
2.2 Arbeiten des Arbeitspakets 3 Modellversuche ........................................................17
2.2.1 Ziele des Arbeitspaketes .................................................................................17
2.2.2 Durchführung und Ergebnisse des Arbeitspaketes ..........................................17
2.3 Arbeiten des Arbeitspakets 4 Prototypenbau ..........................................................19
2.3.1 Ziele des Arbeitspaketes .................................................................................19
2.3.2 Durchführung und Ergebnisse des Arbeitspaketes ..........................................19
2.4 Arbeiten des Arbeitspakets 7 Auswertung und Dokumentation...............................24
2.4.1 Ziele des Arbeitspaketes .................................................................................24
2.4.2 Durchführung und Ergebnisse des Arbeitspaketes ..........................................24
3 Ergebnisse und Schlussfolgerungen .............................................................................27
3.1 Ergebnisse .............................................................................................................27
3.2 Schlussfolgerungen ................................................................................................29
3.2.1 Wissenschaftliche Schlussfolgerungen............................................................29
3.2.2 Wirtschaftliche Schlussfolgerungen .................................................................29
3.2.3 Politische Schlussfolgerungen.........................................................................30
3.2.4 Systembezogene Schlussfolgerungen ............................................................31
4 Ausblick und Empfehlungen ..........................................................................................32
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 1
4.1 Ausblick..................................................................................................................32 4.2 Technischer Ausblick .............................................................................................32 4.3 Wissenschaftlicher Ausblick ...................................................................................32 4.4 Wirtschaftlicher Ausblick.........................................................................................32 4.5 Empfehlungen ........................................................................................................33 Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 2
Kurzfassung
Der mit der Erderwärmung und der Verknappung von fossilen Energieträgern verbundene
vermehrte Einsatz erneuerbarer Energieträger macht die rasche Nutzung aller unter
Einhaltung ökonomischer, sozialer und ökologischer Rahmenbedingungen verfügbarer
Ressourcen notwendig.
Mit der Strom-Boje wird elektrische Energie aus Wasserkraft erzeugt. Die Strom-Boje
macht die Nutzung der Wasserkraft in Flüssen auch dort möglich, wo dies bisher aus
ökologischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht möglich war.
Die Strom-Boje nutzt die Strömungsenergie des Wassers. Durch eine spezielle Form des
Strömungskanals wird dabei die Fließgeschwindigkeit am Rotor erhöht. Die Strom-Boje
wird knapp unter der Wasseroberfläche schwimmend im Fluss verankert. Sichtbar sind bis
hohes Mittelwasser nur der Bugdom und Signalbojen, bei Hochwasser nur noch Letztere. Bei
Hochwasser wird die Strom-Boje durch die Verankerung unter die Wasseroberfläche
gezogen, damit großes Treibgut sie nicht beschädigen kann. Der Einlaufrechen ist so
ausgebildet, dass er sich selbst reinigt. Die Strom-Boje ist damit eine Ergänzung zur bisher
üblichen Art der Stromerzeugung in Flusskraftwerken.
Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Prototypen der Strom-Boje. Damit wird ein
wesentlicher Schritt in Richtung eines marktreifen Produkts gemacht. Nachdem ein erstes
Modell (1:1) über ein Jahr in der Donau getestet wurde und Modellversuche in einem
Strömungskanal durchgeführt wurden, werden die ermutigenden Ergebnisse in diesen
verbesserten Prototypen einfließen.
Für die Entwicklung dieses Prototypen werden:
• auf Basis der detaillierten Analyse der Ergebnisse der bisherigen Versuche
die einzelnen Komponenten neu berechnet und geplant;
• weitere Modellversuche im Strömungskanal durchgeführt;
• Ein Prototyp gebaut und ein Testprogramm entwickelt.
• Der Test des Prototyps erfolgt in der Donau. Dabei steht die
Leistungsentwicklung im Zentrum der Aufmerksamkeit, andererseits werden auch weitere
Aspekte, die Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit haben, wie Wartungsaufwand,
Materialhaltbarkeit, Verhalten bei Hochwasser, mögliche Verankerungsvarianten und
Stromableitungen untersucht.
Dabei sollen – soweit technisch möglich – einzelne Komponenten des Prototyps während
der Erprobungszeit in vielen Varianten probiert werden.
Die Auswertung des Messprogramms, bestehend aus vielen, teils selbst entwickelten
Messsystemen und –vorrichtungen, daher unterschiedlicher Parameter, sowie die
Analyse durch universitäres Personal stehen am Abschluss des Projektes.
Die Ergebnisse aller Leistungs- und Strömungsaufzeichnungen im Fluss und an den
verschiedenen Punkten des Strömungskanals vor und hinter dem Rotor sind tatsächlich
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 3
schwer einzuordnen, und haben durch ihre teils widersprechenden Daten viel mehr Fragen aufgeworfen, als beantwortet. Aktueller Stand nach Ende des Projektes ist: Es gibt kein gesichertes Wissen der Fachleute – nicht nur in Wien, sondern auch in Deutschland oder der Schweiz – auf dem wir die Gestaltung der Strom-Boje als Energieaggregat einerseits, und als im Fluss überlebensfähiges, schwimmendes Kraftwerk andererseits, aufbauen konnten. Keine der im Laufe dieses Projektes und auch seither in Auftrag gegebenen Arbeiten universitärerer Einrichtungen Stuttgarts, Potsdams, Wiens, Graz´s hat uns den entscheidenden Schritt vorwärts gebracht – im Gegenteil – genau diese Vorschläge waren in Summe immer Rückschläge, haben nur Zeit und viel Geld gekostet, und hätten beinahe Resignation verursacht. Die Fortschritte bei der Leistung resultieren einerseits aus der Arbeit eines Kärntner Ingenieurs, der bei Elektrik und Elektronik und Netzeinspeisung bis zu 30% Leistung (genauer ausgedrückt bei der Minimierung der Verluste) gefunden hat, und andererseits aus vielen Versuchen im Schleppkanal von Potsdam und in Naturversuchen am 1:1 Modell in der Donau mit vielen von uns selbst entwickelten Varianten des Strömungskanals und des Rotors. Die heute möglichen Erträge haben wir unserer eigenen Arbeit, unserem Durchhaltevermögen und dem Einsatz großer finanzieller Eigenmittel zu verdanken, und natürlich nicht zu vergessen, der Förderung durch die FFG. Weil wir nun wissen, dass wir in diesem speziellen, bisher offensichtlich unerforschten Gebiet der frei umströmten, ummantelten Turbine noch lange nicht am Ende der Entwicklung angekommen sind, vor allem auch bei der Rotorgeometrie, sind viele weitere Versuche mit weiteren, an den bisherigen Ergebnissen sich anlehnenden Varianten notwendig. Und es wäre mindestens so wichtig, ein geeignetes Rechenprogramm zu entwickeln, das auch in diesem Bereich schon Planungen möglich macht. Leider wird das ohne entsprechende Förderung nicht möglich sein. Ausblick: Aus einfachen, wirtschaftlichen Überlegungen der drei im Projekt engagierten Partner ist es jetzt an der Zeit, das nun bestehende Wissen in den Bau einer ersten Kleinserie einfließen zu lassen, weitere Erfahrungen zu sammeln, und damit zu versuchen, die bisher angelaufenen hohen Ausgaben wenigstens zum Teil herein zu bekommen. Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 4
1 Einleitung
1.1 Einordnung in das Programm
Das Programm Neue Energien 2020 gibt als Leitlinie für alle darin abgewickelten Projekte
folgende Ziele vor:
• Energiestrategische Ziele
• Technologiestrategische Ziele
Das Projekt Strom-Boje 2 ressortiert gemäß Leitfaden. in den Themenbereich 3.6.10
Wasserkraftanlagen
Die energiestrategischen Ziele sind: Erzeugung von Strom aus erneuerbarer Energie
in Flüssen im Übergang aus dem alpinen Gelände in das Flachland, überall dort, wo noch
keine Nutzung durch Stau und Laufwasserkraftwerk stattfindet oder verboten ist.
Geeignet sind Flüsse ab 50m³ Durchfluss und 200 bis 300cm Tiefe bei Niederwasser,
und Strömung v>2m/s.
Technologiestrategische Ziele sind:
Aufbau einer durch internationale Patente abgesicherte Produktion von unverwechselbaren
und für längere Zeit konkurrenzlosen Kernkomponenten für die Strom-Boje – z.B. Generator,
Rotor, Elektronik, Einspeisung hier in NÖ und Win
Herstellung und Assembling der großen statisch- und strömungsrelevanten Teile aus
Kunststoff und Stahl in der Nähe jeweils vorgesehener Standorte weltweit.
1.1.1 Energiestrategische Ziele
Sicherstellung der Kriterien der Nachhaltigkeit: ökonomisch, ökologisch und sozial dauerhaft
Im Falle einer Serienproduktion der Strom-Boje, deren Grundlage die beantragte
Entwicklung des Prototypen darstellt, wird eine äußerst kosteneffiziente Form der
Erneuerbaren Energie gefunden. Grobe Schätzungen für die Kosten einer Strom-Boje, die in
Serie erzeugt werden kann, weisen darauf hin, dass bei einem prognostizierten Anstieg der
Energiepreise die Erträge in ca.10 Jahren die Kosten decken können. Da keine baulichen
Maßnahmen wie Staudämme, Abdichtungen zum Grundwasser, zusätzliche Kläranlagen
oder Schleusen notwendig sind, ist die Strom-Boje zudem rasch und ohne große Vorarbeiten
einsetzbar.
Hinsichtlich der ökologischen Kriterien für Nachhaltigkeit ist die Strom-Boje jeder anderen
Form der Stromerzeugung aus Wasserkraft deutlich überlegen. Es sind keine Eingriffe in das
Ökosystem der Flüsse notwendig. Dammbauten, Abdichtungen oder sonstige bauliche
Maßnahmen sind, bis auf die Verankerung im Flussbett, nicht notwendig. Aufstiegshilfen
oder ähnliche bauliche Maßnahmen für Fische sind nicht notwendig. Die
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 5
Selbstreinigungskraft der Flüsse bleibt erhalten. Wie ein erstes fischökologisches Gutachten zeigt, kommt es zu keinen Beeinträchtigungen des Fischbestandes. Als zusätzliches Argument kann angeführt werden, dass alle technischen Einbauten in kurzer Zeit und ohne Aufwand rückgebaut werden können. Bei den zum Einsatz kommenden Materialien wird darauf geachtet, dass sie leicht wieder verwertbar sind und keine erhebliche Belastung für die Umwelt darstellen (z.B.: PE-Kunststoffe, Metalle). Auch bei einem Defekt können durch die Mengen und Beschaffenheit der Mittel keine Umweltschäden entstehen. Erhöhung der Ressourcen- und Energieeffizienz des Wirtschaftssystems Die Umstellung des Wirtschaftssystems auf Erneuerbare Ressourcen und auf Energieeffizienz ist ein Vorhaben, das an verschiedenen Stellen ansetzen muss. Die Entwicklung der Strom-Boje leistet dazu von verschiedenen Seiten einen Beitrag: Erstens liefert die Strom-Boje einen Beitrag zur CO2-neutralen Stromproduktion. Dabei können durch die Strom-Boje auch Flussabschnitte für die Energieproduktion in Wert gesetzt werden, die aufgrund sonstiger (regulatorischer, ökologischer, ökonomischer und sozialer) Gründe nicht für eine Nutzung zur Verfügung stünden. Zweitens liefert die Strom-Boje Energie bei einem minimalen Ressourceneinsatz. Berechnungen ergeben, dass die für die Herstellung der Strom-Boje eingesetzte Energie in einem Jahr produziert werden kann. Durch Erhöhung der Wirksamkeit, entsprechende Materialwahl, Standardisierung und Serienfertigung können noch weitere erhebliche Potentiale gehoben werden, z.B. kann eine Strom Boje mit 1,5 m Rotordurchmesser bei einem Ertrag von 86.100 kWh pro Jahr ca. 33,4 t CO2 einsparen. Aufbau und Sicherung langfristig klimaschützender Raum- und Wirtschaftsstrukturen Die Sicherstellung der Ressourcenverfügbarkeit ist, allen Voraussagen nach, eng mit dem Klimaschutz verknüpft. Langfristig stabile Wirtschaftsstrukturen sind nur auf der Basis ausreichender Energieverfügbarkeit zu erreichen (Lissabon-Ziele der EU) – langfristig stabile Raumstrukturen nur durch die Berücksichtigung der Prinzipien der Nachhaltigkeit (Göteborg- Ziele). Mit dem Einsatz der Strom-Boje wird nicht nur ein Beitrag dazu geleistet, in den schon gut versorgten Industriestaaten eventuell vorhandene Potentiale an großen, noch nicht verstauten Flüssen naturschonend zu nutzen, oder so auf ein bedeutendes Prinzip bei der Herstellung Erneuerbarer Energie umzusteigen, und billigen Grundlaststrom herzustellen, sondern auch in abgelegenen Regionen z.B. in Ländern der Dritten Welt überhaupt erst eine Grundversorgung mit günstigem elektrischen Strom zu ermöglichen, und damit z.B. diese unsäglichen, und letztlich auch teuren Dieselaggregate zu ersetzen. Die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen kann dadurch reduziert und eine auf autochthoner Ressourcenverfügbarkeit beruhende Wirtschaftsstruktur aufgebaut werden. Durch die Strom-Boje werden – im Fall eines breiten Einsatzes dieser Technologie – erkennbare Effekte auf die Wirtschaftsstruktur erwartet. Entwicklung, Produktion und Distribution dieser umweltfreundlichen Technologie können einen Beitrag zur Entwicklung eines umweltfreundlichen Wirtschaftssystems leisten. Letztendlich ist durch den Einsatz der Strom-Boje auch mittelfristig eine Stabilisierung der Strompreise zu erwarten. Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 6
1.1.2 Technologiestrategische Ziele
Stärkung der Technologiekompetenz österreichischer Unternehmungen
Die Firma AquaLibre Energieentwicklungs GmbH ist ein Ende 2005 gegründetes
Unternehmen, das es sich zum Ziel gesetzt hat, das Konzept der Strom-Boje von der Idee
bis zur Serienfertigung umzusetzen. Die Erfahrungen mit dem ersten Prototypen der Strom –
Boje lassen erwarten, dass bei entsprechendem Einsatz in Forschung und Entwicklung ein
weltweiter Technologievorsprung realisiert werden kann.
Derzeit gibt es nach den Recherchen der Antragstellerin ein paar vergleichbare
Entwicklungen weltweit im Fluss, aber auch – nicht vergleichbar – als Gezeitenkraftwerk im
Meer. Es gibt das Revival des guten alten Wasserrades, viele Versuche – alle ehrenwert –
aber ungeeignet, einem Hochwasser zu trotzen, und auch ohne einen entsprechenden
Wirkungsgrad.
Durch die von der Antragstellerin gehaltenen Patente in Europa, USA und CAN kann dieser
Technologievorsprung bei entsprechend intensiver Entwicklungstätigkeit gehalten werden.
Die Patente der Strom-Boje betreffen in erster Linie die Form der Einhängung im Fluss, und
das dadurch erreichte Verhalten beim Hochwasser – das heißt: bei allen normalen
Wasserständen schwimmt die Strom-Boje in der Nähe der Wasseroberfläche – dort, wo die
stärkste Strömung herrscht. Bei Hochwasser hingegen steigt die Strom-Boje nur so lange mit
dem Pegel mit, bis es gefährlich wird. Dann verschwindet sie von der Oberfläche, großes
Treibgut schwimmt einfach drüber hinweg, ohne Schaden anzurichten, oder die Turbine zu
verklausen.
Genau das können alle anderen Ideen nicht, abgesehen davon, dass noch keine
wirtschaftliche Leistung nachgewiesen wurde.
Die Idee, in einem ungestauten Fluss mit Turbinen Strom zu erzeugen, ist relativ neu. Die
wichtigsten Innovationen der Strom-Boje sind:
• Die Neukonstruktion der höhenflexiblen Einhängung
• Die leistungssteigernde Diffusor/Repeller Kombination
• Der überlebensnotwendigen Schutz vor Treibgut bei Hochwasser
Im Fall einer Serienfertigung kann die gesamte Produktion in Österreich erfolgen.
Generierung von Sekundärnutzen bzw. Spin Offs durch eine Technologie
Der Sekundärnutzen der Technologie liegt in der Möglichkeit, die Produktion der Anlagen
durch österreichische Unternehmen durchführen zu lassen. Für die weitere und umfassende
Anwendung dieser neuen Technologie zeichnen sich bereits jetzt eine Reihe von
Forschungs- und Entwicklungsfragestellungen ab, die folgende Punkte umfassen:
• Entwicklung von spezifischen Typen für unterschiedliche
Strömungsgeschwindigkeiten
• Entwicklung verschiedener Größenklassen für verschiedene Flussgrößen
• Standardisierung und Typisierung und der Flussgrößen
• Optimierung der Verankerungen und der Netzeinspeiseeinrichtungen
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 71.2 Verwendete Methoden
Generell wurde das Projekt nach den Grundlagen, Vorgaben und Methoden der Richtlinie
ISO 9000:2008 durchgeführt, dabei wurde das V-Modell xt als Vorgehensmodell gewählt und
an das Projekt angepasst. Die folgende Tabelle zeigt die arbeitspaketspezifischen Methoden
auf:
Arbeitspaket Angewandte Methoden
1 - Projektmanagement Einsatz des V-Modell xt in getailorter Form mit:
• Erstellung und Pflege eines
Projekthandbuchs nach V-Modell xT
• Erstellung und Pflege eines
Projekttagebuches nach V-Modell xT
• Erstellung und Pflege eines detail- und
projektmanagementtechnikangepassten
Projektplans
• Erstellung eines Zwischenberichtes
gemäß Vorgaben der FFG
• Erstellung eines Endberichtes gemäß
Vorgaben FFG
2 – Analyse und Planung Erstellung einer Informationsbasis als Grundlage
bestehend aus:
• Auswertung der Ergebnisse des
Vorprojekts
• Literaturrecherche
• Patentrecherche
• Marktrecherche für Materialen und
Firmen
• Modellberechnungen & Simulationen
3 - Modellversuche Modellbau im Maßstab 1:5
Modellversuche im Strömungskanal
4 – Prototypenbau Bau des Prototypen nach den Richtlinien ISO
9000:2001 unter Einsatz des projektgetailorten
V-Modell xT
5 - Testvorbereitung Einsatz des V-Modell xt in getailorter Form mit:
• QS – Handbuch nach V – Modell xT
• Testspezifikation nach V-Modell xT
• Prüfprotokoll nach V-Modell xT
6 - Test Prototyp Gemäß den Vorgaben aus AP5 wurde
durchgeführt:
• Datensammlung, Auswertung der
Messdaten aus Normalbetrieb
• Durchführung von Tests
7 - Auswertung und Dokumentation Analyse Mess- und Testergebnisse
Dokumentation
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 81.3 Aufbau der Arbeit
1.3.1 Grundsätzlicher Aufbau
Die Entwicklung und Konstruktion der Strom-Boje 2 wurde nach dem Vorgehen von
sequenziellen Modellen in der Ausprägung von Schleifenmodellen durchgeführt. Dies
bedeutet, dass jede Phase der Entwicklung abgeschlossen sein muss und dessen
Ergebnisse die Grundlage der folgenden Phase ist. Diese Projektergebnisse können auch
dazu führen, dass nach jeder Phase ein Rücksprung an den Anfang der vorherigen Phase
durchgeführt werden muss, da sich entweder die Anforderungen geändert haben oder die
Randbedingungen in den einzelnen Phasen, z.B. Umweltbedingungen, ein wiederholtes
Durchlaufen einer Phase, also eine Schleife, notwendig machen (siehe nachfolgende
Graphik).
Wissenschaftliche
Grundlagenarbeit (AP2
& AP3)
Entwicklung &
Konstruktion (AP4)
Prototypenverifikation
im Testfeld Donau (AP5
& AP6)
Prototyp
Strom-Boje 2 (AP7)
Bild 1
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 9Den zeitlichen Ablauf des Projektes stellt der folgende Projektplan dar: Bild 2 Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 10
1.3.2 Grundlagenerarbeitung durch wissenschaftliche Arbeit (AP2
Analyse und Planung, AP3 Modellversuche)
Die wissenschaftliche Grundlagenarbeit bei der Entwicklung der Strom-Boje 2 soll auf vier
verschiedenen Ebenen erfolgen:
1. Erfassung und Analyse
Erfassung und Analyse gesammelten geologischer Messdaten zur Bestimmung von
Entwicklungsdaten und –kritierien für das System Strom-Boje in den folgenden
Simulationen inklusive Plausibilitätsprüfung
2. Simulation
Wirklichkeitsgetreue Konstruktion von Systemkomponenten (Rotor, Diffusor, Rechen)
aufgrund der im ersten Schritt ermittelten Daten mit deren Überprüfung auf
Wirksamkeit in CFD- Simulationen
3. Modellierung und Strömungskanaltests
Überprüfung dieser neuen Komponenten und Kombinationen im Schleppkanal
mithilfe von mehreren Modellen im 1:5 Format,
4. Modellierung und Realtests
Eingehende Analyse und Festlegung eines 1:1-Modells, aufgrund der Daten und
Erfahrungen der vorangegangenen Schritte, dessen Bau und Durchführung von
ausgedehnten Versuchen in der Natur in der Donau der Wachau bei allen möglichen
Pegelständen und Flussbedingungen im Jahresverlauf
1.3.3 Umsetzung der Grundlagenarbeit durch industrielle Entwicklung &
Konstruktion (AP4 Prototypenbau)
Gemäß der Qualitätsnorm ISO 9000:2008 wurde im Rahmen des Projektes das klassische
Systementwicklungsverfahren mit Lastenheft, Pflichtenheft, Systemdesign & Konstruktion,
Prototypenteilebau und Gesamtsystemintegration der Strom-Boje 2 durchgeführt. Dabei
wurde bei jedem Entwicklungsschritt penibel darauf geachtet, den Kriterien - lange
Haltbarkeit, geringe Verschmutzungsgefahr, einfache Reinigung, einfache
Produktionsmöglichkeit, einfache, gefahrlose und kostengünstige Wartung, Einbau und
Austausch möglichst am Schiff, kein Öl, Vermeidung von reibenden Konstruktionsteilen,
möglichst geringe Teileanzahl, möglichst geringe Gefährdung anderer Flussbewohner, gutes
Design - zu entsprechen
Sollte es aufgrund der aktuellen Änderungen notwendig sein, wird ein iterativer
Entwicklungsschritt auf der Vorstufe durchgeführt, um die Änderungen an der richtigen Stelle
im Entwicklungsprozess einfließen zu lassen.
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 111.3.4 Prototypenverifikation der Entwicklungsarbeiten in einen Testfeld
(AP5 Testvorbereitung, AP6 Test Prototyp)
Im Rahmen der Testvorbereitung wurde ein Testplan mit entsprechenden Einzeltests,
Langlauftests und Testspezifikationen entwickelt, der auf den Anforderungen aus dem
Lastenheft und den vom interessierten Beobachter aus der Energieversorgerbranche
eingebrachten Anregungen basiert.
Dabei wurde dieser Testplan zyklisch aktualisiert und den Erkenntnissen der praktischen
Feldmessungen angepasst.
Diese Erkenntnisse wurden über eine lokale Auswertung und Interpretation der
Testergebnisse gewonnen und unter der Prämisse einer einfachen Optimierung vor Ort
durchgeführt.
So wurden durch Wiederholung der Tests und Messungen unter jeweils möglichst gleichen
Voraussetzungen alle Mutationen und Veränderungen des Strömungskanals und der
Rotoren vermessen.
1.3.5 Dokumentation (AP7 Auswertung und Dokumentation)
Die übergreifende Auswertung und Interpretation der Messergebnisse aus dem Arbeitspaket
6 für systemweite Optimierung der Strom-Boje war der Hauptarbeitspunkt. Die Grundlagen
der Auswertung waren dabei die Anforderungen aus Lastenheft, Pflichtenheft und den
Anforderungen aus der Testfeldumgebung und dem Expertenwissen des Beirates.
Alle Messergebnisse drücken sich in Messkurven aus, die mit Hilfe des Entwicklungswissens
der Firma die Grundlage für weitere Veränderungen -und hoffentlich -Verbesserungen sind.
Die Dokumentation umfasst einen Businessplan für die wirtschaftliche Betrachtung und die
Erfolgschancen der Strom-Boje 2 auf dem nationalen, europäischen und globalen Markt.
Dazu kommen noch die Projektberichte Zwischenbericht (Projektstatus) und Endbericht
(Projektabschlussbericht).
1.3.6 Begleitende Aktivitäten (AP1 Projektmanagement)
Im Rahmen des Projektmanagement wurden folgende Tätigkeiten schwerpunktmäßig
durchgeführt:
• Projekttagebuch
• Regelmäßige Projektmeetings und Telefonkonferenzen für den
Informationsaustausch
• Projektreviews zur Lenkung des Projektes
• Regelmäßige Besuche des Testfeldes
Im Rahmen des Qualitätsmanagement wurden folgende Tätigkeiten schwerpunktmäßig
durchgeführt:
• Ausgereifter Testplan mit umfassenden Testspezifikationen
• regelmäßiger Überprüfung durch Vergleich mit den Anforderungen
• Begleitende Qualitätssicherungsreviews
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 12Inhaltliche Darstellung
Die geleistete Projektarbeit lässt sich am besten an den geplanten und durchgeführten
Arbeitspaketen illustrieren, wie sie lt. Projektplan des Förderantrages realisiert worden sind.
Hier werden die wichtigsten Arbeitspakete 2,3,4 und 7 dargestellt, die die Essenz der
wissenschaftlichen Arbeit und der Prototypenentwicklung enthalten.
1.4 Arbeiten des Arbeitspakets 2 Analyse und Planung
Das Arbeitspaket 2 dient dazu, die wissenschaftliche, theoretische Grundlagenarbeit des
Projektes vollständig zu erfassen und abzuwickeln. Dabei sollen die Ideen zur
Projektverwirklichung mit Hilfe von wissenschaftlichen Methoden geprüft, gefiltert und
bewertet werden. Aus dieser wissenschaftlichen Arbeit entsteht dann ein erster theoretischer
Prototyp der im folgenden Arbeitspaket auf Praxistauglichkeit untersucht wird.
1.4.1 Ziele des Arbeitspaketes
Die Ziele des Arbeitspaketes lassen sich wie folgt darstellen:
• Auswertung der Ergebnisse des Vorprojekts im Kontext einer Literaturrecherche
• Funktionsfähiges Gesamtkonzept als Grundlage für Modellbau und –versuche
• Berechnung und Design der einzelnen Komponenten der Strom-Boje
1.4.2 Methoden des Arbeitspaketes
Um die beschriebenen Ziele zu erreichen wurden folgende Methoden eingesetzt:
• Auswertung der Ergebnisse des Vorprojekts
• Literaturrecherche
• Modellberechnungen
1.4.3 Durchführung und Ergebnisse des Arbeitspaketes
Der erste Schritt in diesem Arbeitspaket und dem Projekt war die Herstellung einer
Informationsbasis basierend auf folgenden Hauptmerkmalen:
Patent von F. Mondl, Wasserkleinkraftwerke, Rotorentechnik, Venturi – Effekt und
Geologische und Schifffahrtsrechtliche Bedingungen in Flüssen.
Diese Informationsbasis wurde noch durch Literaturrecherchen zu den Themen
Wasserkleinkraftwerksprodukte am Markt oder in Ankündigung, Simulationstechnik für
Strömungsflüsse, Materialkunde soweit als Firmenknowhow nicht vorhanden, Elektrik &
Elektronikmaterial - Marktrecherchen und zutreffende Standards für Sicherheit,
Interoperabilität, Ökologie und Geologie erweitert.
Basierend auf dieser Informationsbasis und insbesondere auf dem Patent wurden an der FH
Oberösterreich rechnergestützte Simulationsmodelle von Diffusoren und Rotoren entworfen
und getestet, um die beste, das heißt die leistungsfähigste Kombination für die Erzeugung
von elektrischer Spannung, zu ermitteln. Die Simulationen wurden in 2 Phasen unterteilt um
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 13die ersten Ergebnisse einem Qualitätsreview zu unterziehen und entsprechende neue Ideen bzw. Korrekturen einbringen zu können. Ergebnisse der 1. Phase Hier ein kurzer Einblick in die Simulationen mit der entscheidenden Simulationskurve und eine Zusammenfassung der Ergebnisse: Bild 3 Die Simulationen wurden in erster Linie zur Feststellung der Leistungsbeiwerte von verschiedenen Rotoren bei gleichbleibender Diffusorform durchgeführt. Ziel war es, verschiedene Rotorformen mit verschiedenen Flächenverhältnissen und Schnelllaufzahlen zu simulieren und dabei die beste Rotorform herauszufiltern. Die Simulationen spiegeln die Theorie wieder, dass das Verhältnis der Rotorblattfläche zur überstrichenen Rotorkreisfläche im Zusammenhang zur Schnelllaufzahl gut abgestimmt sein sollte. Die in Bild 3 dargestellte Grafik stellt diesen Zusammenhang sehr schön dar. Bei den Simulationen war der 2-flügelige Rotor auf Basis von „Schulze 2“ mit dem erreichten Cp-Wert von 0,84 bei einer Schnelllaufzahl von 4,7 der Beste. Dieser Rotor hat ein Flächenverhältnis von 14% die ausgelegte Schnelllaufzahl liegt bei 2,5. Es ist zu beachten, dass die durchgeführten Simulationen nur für einen qualitativen Rotorvergleich dienen. Es ist leider nicht möglich quantitative Leistungsbeiwerte mit diesem Modell zu errechnen. Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 14
Auch werden die Ergebnisse bei höheren Drehzahlen immer ungenauer. Der Vergleich der Simulation mit den Versuchen zeigt aber, dass die berechneten mit den gemessenen Werten qualitativ gut übereinstimmen. Erarbeitete Verbesserungsvorschläge für die 2. Phase Die bei diesen Simulationen erreichten Cp-Werte sind noch nicht die maximal erreichbaren Werte. Durch weitere Verbesserung des Rotors in Abstimmung des Diffusors und durch Veränderung des Diffusors selbst, sind noch einige Verbesserungen zu erwarten. Durch weitere Simulationen kann eine Optimierung der Strom-Boje relativ rasch und kostengünstig realisiert werden. Durch Verwendung von einem genaueren CFD-Modell kann auch das Verhalten des Rotors bei höheren Drehzahlen besser berechnet werden: damit werden genauere Aussagen über die Leistungsabgabe des Rotors sowie Drücke und Geschwindigkeiten möglich. Ergebnisse der 2. Phase Hier ein kurzer Einblick in die Simulationen mit einer charakteristischen Simulationskurve zur Ermittlung der optimalen Konfiguration der strömungsabhängigen Komponenten und eine Zusammenfassung der Ergebnisse: Bild 4 Durch die Simulationen können gute Vorhersagen über die Qualität der eingesetzten Diffusoren und Rotoren getroffen werden. Die Entwicklung einer sehr gut funktionierenden Strom-Boje ist dadurch gewährleistet. Nur durch Veränderungen der Geometrie des Rotors Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 15
oder des Diffusors wurden höhere Leistungsbeiwerte erreicht. Um ein perfektes Zusammenspiel zwischen einem optimal ausgelegten Diffusor und einem optimalen Rotor zu erreichen wären noch einige Strömungssimulationen nötig. Dadurch würde sich eine Leistungssteigerung von mind. 40% gegenüber des zurzeit besten Diffusors mit dem besten Rotor ergeben. Für eine rasche und konstruktive Weiterentwicklung würden noch einige Monate Strömungssimulationen von enormer Wichtigkeit sein, da nun die Früchte der langwierigen Vorarbeit geerntet werden könnten. Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 16
1.5 Arbeiten des Arbeitspakets 3 Modellversuche
Dieses Arbeitspaket dient dazu die theoretischen Ergebnisse aus Arbeitspaket 2 auf ihre
Einsatzfähigkeit, Realisierbarkeit und ihr Ergebnispotential hin zu analysieren und zu
bewerten.
1.5.1 Ziele des Arbeitspaketes
Die Ziele des Arbeitspaketes lassen sich wie folgt darstellen:
• Bau von Modellen im Maßstab 1:5
• Durchführung von Modellversuchen in einem Strömungskanal
• Auswertung der Ergebnisse und Übertragung in die Planung des Prototypen
1.5.2 Durchführung und Ergebnisse des Arbeitspaketes
Die Simulation im Strömungskanal wurde anhand von verschiedenen von Aqua Libre
entwickelten Modellen durch die SVA Potsdam durchgeführt. Die SVA Potsdam erhielt den
Auftrag, vier verschiedenen Varianten von Rotor/Diffusoren Kombinationen, basierend auf
den Ergebnissen von AP2 für die Strom-Boje zu vermessen und mit dem optimierten
Turbinenrad der SVA zu vergleichen. Die Diffusoren wurden dabei von der Aqua Libre
gefertigt und gestellt.
Die nächste Abbildung zeigt ein Modell von Rotor und Diffusor für die praktischen
Simulationen im Strömungskanal:
Bild 5
Die beiden nächsten Abbildungen 6 und 7 zeigen die Leistungsbeiwerte „cp“ der
untersuchten Konfiguration und der Vergleichskonfiguration als Ergebnis der Simulationen.
Das Diagramm der Leistungsfaktorwerte für den opaquen Diffusor mit unterschiedlichen
Rotoren:
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 17Bild 6 Das Diagramm der Leistungsfaktorwerte für den transparenten Diffusor mit unterschiedlichen Rotoren: Bild 7 Kurze Zusammenfassung der Ergebnisse der Simulationen: Der beste Leistungsbeiwert CP von 1,16 wurde mit dem langen transparenten, der zweitbeste mit dem kurzen opaquen Diffusor bei einer Anströmgeschwindigkeit von 2 m/s mit dem zweiflügeligen Rotor erzielt. Die folgende Tabelle zeigt die nach den Versuchen mit einem Rotor 230cm zu erwartende elektrische Leistung und den Strömungswiderstand, bzw. die Zugbelastung an der Kette bei verschieden Temperaturen und Fließgeschwindigkeiten: Bild 8 Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 18
1.6 Arbeiten des Arbeitspakets 4 Prototypenbau
1.6.1 Ziele des Arbeitspaketes
Die Ziele des Arbeitspaketes lassen sich wie folgt darstellen:
• Bau eines funktionsfähigen Prototypen auf der Basis der Berechnungen und
Modellversuche
1.6.2 Durchführung und Ergebnisse des Arbeitspaketes
Die Durchführung einer Systementwicklung zu beschreiben ist am leichtesten, wenn man die
einzelnen Ergebnisse aus der Konstruktionsphase, also die einzelnen Konstruktionspläne
darstellt. Sie geben eine plastische Darstellung der durchgeführten einzelnen Arbeitsschritte
und Arbeitsprozesse, die zur Planung und Fertigung der Strom-Boje geführt haben.
Die folgenden Abbildungen zeigen die wichtigsten Bestandteile der Stromboje:
Die Positionen der Strom-Boje bei unterschiedlichen Pegelständen
Bild 9
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 19Der Generator der Strom-Boje Bild 10 Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 20
Die Tragekonstruktion der Strom-Boje - Bild 11 Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 21
Der Turm der Strom-Boje Bild 12 Und die Strom-Boje selbst Bild 13 Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 22
Um sich ein besseres Bild zu machen, hier ein Farbbild von der Strom-Boje im Einsatz: Bild 14 Hier ist die Strom-Boje im Wasser bei der Arbeit zu sehen. Einzig der Turm ragt bei Normalpegelständen über die Wasseroberfläche. Aufgrund der Konstruktion der Strom-Boje mit den realen Fertigungsprozessen und Materialen die auch später für eine Serienfertigung herangezogen werden sollen, wurde die Dimension der Strom-Boje, genauer ihr Gewicht, höher als es die Simulationen prognostiziert hatten. Um das höhere Gewicht wieder zu kompensieren und damit die Fixierung der Strom- Boje bei verschiedenen Pegelständen für die optimale Stromproduktion zu gewährleisten, wurde eine Neukonstruktion der Auftriebskörper durchgeführt, da eine Vergrößerung des existierenden Designs nicht möglich war. Darüber hinaus hat sich der neue Turm wie erhofft als wesentlich strömungsgünstiger erwiesen. Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 23
1.7 Arbeiten des Arbeitspakets 7 Auswertung und Dokumentation
1.7.1 Ziele des Arbeitspaketes
Die Ziele des Arbeitspaketes lassen sich wie folgt darstellen:
• Auswertung der Mess- und Testergebnisse
• Optimierung der Anlage
• Dokumentation der Ergebnisse
1.7.2 Durchführung und Ergebnisse des Arbeitspaketes
Die grundlegenden Arbeiten des Arbeitspakets waren die Analyse der Messergebnisse und
die Erstellung des Businessplans der Nullserie der Stromboje.
Analyse der Messergebnisse
Die Ergebnisse des Projektes Strom-Boje 2 lassen sich wie folgt schlagwortartig
zusammenfassend darstellen:
• Das Prinzip stimmt
• Die Strömungserhöhung vor dem Rotor durch den Diffusor ist bei Leerlauf des Rotors
sogar höher als erwartet.
• Die Selbstreinigung des Rechens funktioniert zufrieden stellend.
• Das Verhalten der Anlage in der Strömung und bei Hochwasser ist ebenfalls
zufrieden stellend.
• Die Energieerzeugung liegt noch 20-30% hinter den Erwartungen und ist bei sehr
geringen Fließgeschwindigkeiten marginal.
• Gewicht und Erzeugungskosten für den Schwimmkörper sind noch zu hoch.
• Die Verbindung Rotor – Generator und Generator – Netzanbindung bedarf der
Vereinfachung und Optimierung.
• Die elektrische Leistungsausbeute muss noch gesteigert werden, um eine
ausreichende Versorgung lokaler Bedarfsträger, z.B. Gemeinde, Städte, sicherstellen
zu können:
• Die Anforderungen von Energieversorgern müssen noch integriert werden, z.B.
virtuelle Kraftwerkssteuerung, Einzelsystemsteuerung, Lastspitzenverhalten
Die grundsätzlichen Seriengerätkosten sind noch zu hoch, da bei der Strom-Boje die
Gewichtung mehr auf der Funktion und nicht auf der Produktion lag.
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 24Zusammenfassung des Businessplans Strom-Boje
Der Unternehmenszweck und die Grundlagen des Businessplans:
• Die 2005 gegründete, und seit 6/2006 eingetragene Aqua Libre Energieentwicklungs
GmbH, im Folgenden kurz Aqua Libre genannt, entwickelt das schwimmende
Strömungskraftwerk „Strom-Boje“.
• Erfinder ist Fritz Mondl, es gibt das Österreichische Patent seit 2006, Europäische,
US-Amerikanische und Kanadische Patente seit 2009. Patentinhaber ist Aqua Libre.
• Im Dezember 2006 wurde die Strom-Boje 1 in der Wachau eingehängt, und bis 2008
einem intensiven Testprogramm unterzogen. Dabei sind Strömungs- und
Leistungsmessungen und laufend Verbesserungen und Ergänzungen gemacht
worden.
• Die erarbeiteten Daten wurden dann 08 und 09 als Grundlage für aufwändige
Modelle und Modellversuche in der Schifffahrtstechnischen Versuchsanstalt
genommen, und Generator, Strömungskanal, Rotor und Schwimmkörper völlig neu
konzipiert, entwickelt und vermessen.
• Die dort gesammelten Ergebnisse haben uns ein Konzept die für Strom-Boje 2
gebracht, die wir als 1:1-Prototyp seit Oktober 2009 in der Wachau am
Versuchsstandort Kienstock eingehängt haben, und die seither unvergleichlich
bessere Ergebnisse als die Strom-Boje 1 liefert.
• Wir werden diesen Typ mit Rotor 150cm, und weitere mit Rotor bis 400cm und größer
entwickeln, damit vorerst in den Europäischen, später auch weltweit in Flüssen, aber
auch im Meer ausführen.
Das Produkt und seine Vorteile
Die Strom-Boje ist das bisher erste, auch in langjährigen Versuchen den vielen Gefahren
und Beeinträchtigungen frei strömender Flüsse. Sie schützt sich selbst vor Verklausung und
Treibgut, und schützt Fische und Schwimmer durch den selbst reinigenden Rechen und
langsame Rotor-Drehzahlen. Sie nutzt allein die freie Strömungsenergie von Flüssen und
des Meeres. Sie braucht keine baulichen sichtbaren und den Fluss beeinträchtigenden
Maßnahmen im Fluss. Sie hängt an einer am Grund eingebohrten Kette an einem Punkt und
richtet sich selbständig in der günstigsten Strömung in der idealen Position ein.
Um den in Flüssen durch die relativ geringe Tiefe eingeschränkten Querschnitt bestmöglich
nutzen zu können, wird die Strömung am Rotor durch den Einbau eines von uns
entwickelten Strömungskanals wesentlich erhöht. Dadurch gelingt uns ein bisher in freier
Strömung weltweit unerreichter Wirkungsgrad, und damit Ertrag kW/m² Rotorfläche.
Wirtschaftlich einsetzbar ist mit heutigem technischen Standard die Strom-Boje in
Strömungen von durchschnittlich 2,2m/s. Sie kann einzeln oder in Serie eingehängt werden,
kann autark oder netzgebunden betrieben werden.
Der Markt- und Kundennutzen
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 25Genau diese Eigenschaften prädestinieren die Strom-Boje, überall, wo noch unverbaute, in
der Regel geschützte Fließstrecken an großen Flüssen bestehen, und die daher nicht für die
klassische Wasserkraft mit ihren zerstörerischen Eingriffen in die Natur in Frage kommen,
trotzdem große Mengen Strom zu erzeugen, ohne das Landschaftsbild oder die Ökologie zu
stören.
In den meisten Europäischen Ländern gibt es das Ziel, künftig fossilen Energien durch
zunehmende Nutzung Erneuerbarer Energie zurück zu drängen. Einerseits, weil es gilt,
unser Klima und unsere Atemluft zu schützen, andererseits, um uns aus der Abhängigkeit
von Importen aus teilweise recht unzuverlässigen Ländern zu lösen, gleichzeitig Geld zu
sparen und Arbeitsplätze im eigenen Land zu schaffen.
Das haben manche Länder früh, andere später, und in unterschiedlicher Ernsthaftigkeit
erkannt, die Dynamik der Entwicklung hat sich jedenfalls beschleunigt, und wird noch stärker
werden. Jedes Land hat andere Voraussetzungen und Möglichkeiten, nutzbare Flüsse gibt
es fast überall, aber auch das Meer bietet große Chancen, z.B. die Gezeitenströmung.
Genügend Marktpotential für viel Jahrzehnte.
Viel höheres ungenutztes Potential gibt es aber auf allen anderen Kontinenten. Nach
Berechnungen einer Deutschen Universität viele Tausend Terawattstunden/Jahr.
Wasserkraft wird wie Wind kostenlos geliefert, Strom daraus ist daher keinen Risiken unter-
worfen. Der Strom aus der Strom-Boje fließt Tag und Nacht, jahraus und jahrein, ist daher
klassischer Grundlaststrom. Er ist berechenbar, und im Vergleich mit anderen Erneuerbaren
einer der billigsten.
Die Ertragsquellen
Die ersten Erträge der Strom-Boje sind ab 2011 geplant, und werden erzielt durch:
• Entwicklung von Projekten an geeigneten Standorten vorerst in Ö, D, CH.,
• Einreichung von Projekten zur behördlichen Genehmigung,
• Verkauf, sowie Errichtung von Strom-Bojen-Parks,
• Verkauf von Wartungsschiffen (Katamaran),
• Wartung und Pflege, bzw. Schulung fremden Personals,
• Technische Betreuung von Kunden in der Projektierungsphase
• Später und außerhalb Europas Vergabe von Lizenzen für Produktion und/oder
Vertrieb
Die Erträge basieren auf folgenden Annahmen und sind in nachfolgender Tabelle dargestellt:
• Der Nettoverkaufpreis für vorerst zwei Größen von Strom-Bojen incl. Verankerung,
Einhängung, Stromableitung und Netzeinspeisung beträgt:
o Strom-Boje 2 – Rotordurchmesser 150cm, Nennleistung 15 – 30kW,
€ 150.000,--
o Strom-Boje 3 – Rotordurchmesser 250cm, Nennleistung 42 – 75kW,
o € 250.000,--
• Bei Serienfertigung ab 30 Stk. jährlich sollten die Kosten schrittweise um 10% sinken.
• Für die Vergabe von Lizenzen werden 10% berechnet.
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 262 Ergebnisse und Schlussfolgerungen
2.1 Ergebnisse
Die Ergebnisse des Projektes Strom-Boje 2 lassen sich wie folgt schlagwortartig
zusammenfassend darstellen:
° Das Konzept ist realisierbar,
° die Erwartung wurden, wenn auch durch sehr großen Entwicklungsaufwand und
gegen erhebliche Widerstände erfüllt.
° die signifikante Steigerung der Leistung der Anlage wurde erreicht durch:
° Strömungserhöhung am Rotor mithilfe des von uns entwickelten Diffusor
° durch neue Rotorkonfigurationen
° durch Veränderung des Generatorprinzips
° durch Wegfall eines Getriebes
° durch Optimierung der Netzeinspeisung
° trotzdem steckt noch erhebliches Entwicklungspotential im Zusammenspiel von Rotor
und Diffusor
° Die Selbstreinigung des Rechens funktioniert sehr zufrieden stellend.
° Das Verhalten der Anlage in der Strömung und bei Hochwasser ist vorbildlich.
° Die Verkabelung ist jetzt im Fluss nicht nur überlebensfähig, sondern dauerhaft.
° Die Verheftung im Fluss (Kette, Anker) ist mehr als stark genug (4-fache Sicherheit),
bisher zwei große Hochwasser ohne Wimpernzucken zu überleben
° Die Wartungsfreundlichkeit hat sich im Verlauf des Projektes durch die Optimierung
des Wartungsschiffes sehr verbessert.
° Die Erzeugungskosten in Kleinserie sind noch zu hoch.
° Die Anforderungen von Energieversorgern müssen noch integriert werden, z.B.
virtuelle Kraftwerkssteuerung, Einzelsystemsteuerung, Lastspitzenverhalten
° Die grundsätzlichen Seriengerätkosten sind noch zu hoch, da beim Prototypen der
Fokus ausschließlich auf Funktion und noch nicht auf Kosten lag
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 27Das Ergebnis der 2 - jährigen Arbeit lässt sich am besten graphisch darstellen: Bild 15 Zusammenfassend läßt sich auf Basis der zugrunde liegenden Daten und Erfahrungen aus den Feldtests, dem Businessplan und den Anforderungen, dem Engagement der beteiligten Partner und Experten, und dem bisherigen nationalen und internationalen Echo sagen, dass die Realisierung der Strom-Boje aus wirtschaftlicher, ökologischer, sowie politischer Sicht erstrebenswert ist, da sie als ein Beitrag innovativer österreichischer Unternehmer Österreichs internationale Darstellung bei den neuen Energien unterstützt. Der nächste Schritt ist die Weiterentwicklung zur Erfüllung aller internationalen Normen, um die Strom-Boje damit in ein serienreifes, marktgängiges und einsatzfähiges Produkt zu überführen. Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 28
2.2 Schlussfolgerungen
Im Rahmen des Projektes konnten verschiedene Aspekte der Strom-Boje 2 untersucht und
realisiert werden. Diese Aspekte lassen sich in verschiedene Kategorien von
Schlussfolgerungen einteilen:
• Wissenschaftliche Schlussfolgerungen
• Wirtschaftliche Schlussfolgerungen
• Politische Schlussfolgerungen
• Systembezogene Schlussfolgerungen
2.2.1 Wissenschaftliche Schlussfolgerungen
Aus dem Projektverlauf lassen sich für die wissenschaftlichen Arbeiten folgende
Schlussfolgerungen darstellen:
• Bei jedem neuen Standort muss eine Adaption an die gegebenen geologischen
Randbedingungen stattfinden
• Viele wissenschaftliche Erkenntnisse im Bereich Venturi – Effekt bei frei umströmten
Körpern müssen für die Leistungssteigerung noch erarbeitet werden, weil es sie
offensichtlich nicht, nicht in ausreichender Form, oder nur unveröffentlicht gibt.
Zusammenfassend lässt sich zu diesem Projekt sagen, dass großes Potential für
Verbesserungen und Optimierungen vorhanden ist, dessen Nutzung auch vom wissen-
schaftlichen Standpunkt aus weitere Forschungstätigkeiten nach sich ziehen muss:
• Optimierung der Simulationsprogramme für Strömungsverhalten von Flüssen
abhängig von geologischen Randbedingungen
• Weitere Forschung im Bereich Venturi – Effekt bei frei umströmten Körpern
• Forschung bzw. Entwicklung von Materialien oder Beschichtungen für dynamische
Bewegung und Kräftebelastung unter Berücksichtigung des Venturi – Effektes in
umströmten Körpern.
2.2.2 Wirtschaftliche Schlussfolgerungen
Die ersten wirtschaftlichen Betrachtungen aus den Arbeiten für den Businessplan der
Nullserie lassen klar erkennen, dass ein nationales, europäisches und außereuropäisches
Marktpotential vorhanden ist. Entscheidend für den Markterfolg sind die Faktoren:
• Rentabilität
• Kosten
Blue Globe Report – Klima- und Energiefonds 292.2.2.1 Rentabilität
Jeder Energieversorger also Kunde der Firma hat in diesem umkämpften Segment der
Energieversorgung die Rentabilität als wirtschaftlichen Hauptfaktor im Fokus. Rentabilität
bedeutet im Einzelnen:
• Laufzeit der Strom-Boje
• Förderungen für die ökologische Energie als Starthilfe.
Da die Strom-Boje an sich, auch bei Serienfertigung, kein Produkt von der Stange sein kann
(wegen der Adaptierungen an die örtlichen geologischen Gegebenheiten), können die je
nach Projekt unterschiedlichen Anschaffungskosten über die Laufzeit der Strom-Boje und
über die Standortgüte (Strömungsverhältnisse) in verschieden lange Zeiträumen amortisiert
werden. Die Amortisationszeit hängt in den Entwicklungsjahren (etwa 10 bei allen neuen
Energieformen) natürlich auch von allfälligen Förderungen für den Strom aus erneuerbaren
Energien ab, die – wie in Österreich als Investitionszuschüsse gewährt werden, anderswo in
Form höherer Einspeisetarife.
2.2.2.2 Kosten
Ein klares wirtschaftliches Argument für jedes System sind seine Anschaffungskosten, seine
Wartungskosten und der Wartungsaufwand. Das Projekt hat hier den Grundstein für eine
Serienfertigung der Nullserie gelegt, zeigt aber auf, dass ein großes Optimierungspotential
besteht. Das KliEn – Projekt hat über seine experimentelle Entwicklung das Funktionsprinzip
nachgewiesen, aber die Fertigungsmethoden der beteiligten Subfirmen waren hier auf
Einzelfertigung des Prototypen und nicht auf die automatisierte Massenproduktion von
verschiedenen Systemkomponenten der Stromboje und von Kleinserienfertigung von mehr
örtlich abhängigen Systemelementen ausgerichtet. Dies gilt ebenso für die Materialwahl der
einzelnen Teile.
2.2.3 Politische Schlussfolgerungen
Das Projekt Strom-Boje 2 zeigt das Potential von Österreich im Bereich Technologie,
Innovation und IPR für Neue Energien in Europa auf.
Der Firma Aqua Libre Energieentwicklungs GmbH ist auf dem Weg ein zukunftträchtiges,
rentables, in seiner Konfiguration einmaliges und marktnischenschließendes Produkt zu
entwickeln und zu vermarkten.
Dieses Produkt ist somit ein Vorbild für die ganze österreichische Firmenlandschaft und
Innovationskultur, die vor allem bei den Neuen Energien der Politik erlaubt, eine
Vorreiterrolle, bzw. eine gestalterische Rolle in dem weiteren europäischen Prozess bei
Neuen Energien glaubhaft zu machen.
Das Produkt „Strom-Boje 2“ erlaubt auch der lokalen Politik sich im europäischen Wettstreit
für Ökologie und Umweltbewusstsein und den damit zusammenhängenden Förderungen
weit vorne zu positionieren und auch andererseits das ökologische Bewusstsein bei ihren
Wählern zu wecken und weiter zu stärken.
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